挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計

挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計,挖掘機,液壓,系統(tǒng),設(shè)計 江西科技學院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 （工科及部分理科專業(yè)使用） 題 目： 工程挖士機液壓系統(tǒng)設(shè)計 學 院： 機械工程 專 業(yè)： 機械工程及自動化 班 級： 學 號： 學生姓名： 王立杰 起訖日期： 指導(dǎo)教師： 孫淑梅 職稱： 高級工程師 學院院長： 審核日期： 說 明 1. 畢業(yè)論文任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并經(jīng)學院或?qū)I(yè)學科組審定，下達到學生。 2. 進度表由學生填寫，每兩周交指導(dǎo)教師簽署審查意見，并作為畢業(yè)論文工作檢查的主要依據(jù)。 3. 學生根據(jù)指導(dǎo)教師下達的任務(wù)書獨立完成開題報告，1個月內(nèi)提交給指導(dǎo)教師批閱。 4. 本任務(wù)書在畢業(yè)設(shè)計（論文）完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評閱和畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯的主要檔案資料，是學士學位論文成冊的主要內(nèi)容之一。 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求） 1、任務(wù)及要求： 根據(jù)給定的工作要求進行工況分析，以確定系統(tǒng)的主要參數(shù)，對液壓系統(tǒng)的基本回路的方案進行分析，擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；選擇液壓元件并進行液壓系統(tǒng)的性能驗算，最后完成工作圖，編制技術(shù)文件。 2、原始參數(shù)： 液壓挖掘機的履帶行走和平臺的回轉(zhuǎn)以及動臂和鏟產(chǎn)的動作均由液壓系統(tǒng)控制完成。 整機重量： G=15×103 Kg 行走速度： v=1km/h，2km/h (兩級速度) 驅(qū)動輪節(jié)圓直徑： D=600mm 最大爬坡能力： α=25° 最大爬坡負載力： F= Gsinα 回轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)速： n=0～8 r/min 工作缸最大負載：動臂缸： R1=400N 斗桿缸： R2=400N 鏟斗缸： R3=350N 3、工作條件： 挖土機工作時，噪聲大，挖土機附近粉塵較大，工作環(huán)境差。 2、 畢業(yè)設(shè)計（論文）圖紙內(nèi)容及張數(shù) 1、完成液壓系統(tǒng)圖 ； 2、合理選擇液壓元件 ； 3、繪制相關(guān)液壓零件圖 ； 4、編制設(shè)計計算說明書 。 三、畢業(yè)設(shè)計（論文）實物內(nèi)容及要求 無 四、畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃 序號 各階段工作內(nèi)容 起訖日期 備 注 1 查閱資料、調(diào)研，開題報告 1~2周： 2 選擇設(shè)計方案，確定設(shè)計內(nèi)容。 3~4周 3 根據(jù)設(shè)計要求，擬定工程挖土機液壓系統(tǒng)原理圖。 5~6周： 4 根據(jù)原理圖，合理選用和設(shè)計液壓元件和附件。 7~8周： 5 撰寫設(shè)計說明書，完成相關(guān)零件圖。 9~10周： 6 完善論文與圖紙，準備畢業(yè)答辯。 11~12周： 五、主要參考資料 1 成大先 機械設(shè)計手冊- 液壓傳動部分 北京：化學工業(yè)出版社 2004，1 2 張利平 液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計 北京：化學工業(yè)出版社 2005，6 3 賈銘新 液壓傳動與控制（第二版） 北京：國防工業(yè)出版社 2001 4 朱龍跟 簡明機械零件設(shè)計手冊 北京：機械工業(yè)出版社 1997 六、畢業(yè)設(shè)計（論文）進度表（本表每兩周由學生填寫一次，交指導(dǎo)教師簽署審查意見） 第一、二周 時間: （ 月 日 至 月 日） 學生主要工作： 指導(dǎo)教師審核： 年 月 日 第三、四周 時間: （ 月 日 至 月 日） 學生主要工作： 指導(dǎo)教師審核： 年 月 日 第五、六周 時間: （ 月 日 至 月 日） 學生主要工作： 指導(dǎo)教師審核： 年 月 日 第七、八周 時間: （ 月 日 至 月 日） 學生主要工作： 指導(dǎo)教師審核： 年 月 日 第九、十周 時間: （ 月 日 至 月 日） 學生主要工作： 指導(dǎo)教師審核： 年 月 日 第十一、十二周 時間: （ 月 日 至 月 日） 學生主要工作： 指導(dǎo)教師審核： 年 月 日 第十三、十四周 時間: （ 月 日 至 月 日） 學生主要工作： 指導(dǎo)教師審核： 年 月 日 七、其他（學生提交） 1．開題報告1份 2．論文1份（5000字以上） 指 導(dǎo) 教 師： 學 院 院 長： 學生開始執(zhí)行 任務(wù)書日期： 學 生 姓 名： 送交畢業(yè)設(shè)計（論文）日期： 江西科技學院 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 題 目： 工程挖土機液壓系統(tǒng)設(shè)計 系 別： 機械工程 專 業(yè)： 機械工程及自動化 班 級： 學 號： 姓 名： 王立杰 指導(dǎo)教師： 孫淑梅 填表日期： 年 月 日 一、選題的依據(jù)及意義 挖土機作為一種多功能機械產(chǎn)品，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中。它能在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量，加快工程建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。近年從國內(nèi)情況來看，我國的挖土機市場90%被外國獨資或合資企業(yè)壟斷，我國挖土機行業(yè)整體發(fā)展水平較國外緩慢，在挖土機液壓系統(tǒng)方面的理論還相對國外比較薄弱。國內(nèi)大部分挖土機企業(yè)在挖土機液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖土機產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性等方面均較差，因此采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖土機在國內(nèi)市場上基本失去了競爭力。液壓系統(tǒng)是挖土機的核心部分，通過挖土機液壓系統(tǒng)設(shè)計計算優(yōu)化能有效的提高挖土機性能，本挖土機具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、性能好、成本低、效率高等特點。 二、國內(nèi)外相關(guān)研究簡介（述） 工業(yè)發(fā)達國家的挖土機生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m3單斗液壓挖土機的主要生產(chǎn)國，從20世紀80年代開始生產(chǎn)特大型挖土機。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m3剝離用挖土機，斗容量132m3的步行式拉鏟挖土機；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m3的步行式拉鏟挖土機，斗容量107m3的剝離用挖土機等，是世界上目前最大的挖土機。 從20世紀后期開始，國際上挖土機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。 (1) 開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖土機。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25m3以下的微型挖土機，最小的斗容量僅在0.01m3。另外，數(shù)量最多的中、小型挖土機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。 (2) 迅速發(fā)展全液壓挖土機，不斷改進和革新控制方式，使挖土機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制 (3) 重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度，提高挖土機的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。 (4) 更新設(shè)計理論。提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強度分析方法等先進技術(shù)應(yīng)用于液壓挖土機的強度研究方面，促進了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。 (5) 加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖土機采用帶有墜物保護結(jié)構(gòu)和傾翻保護結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。 (6) 進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖土機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。液壓技術(shù)在挖土機上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖土機的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。 (7) 迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖土機上的應(yīng)用。20世紀80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖土機上的應(yīng)用，推動了電子控制技術(shù)在挖土機上應(yīng)用和推廣，并已成為挖土機現(xiàn)代化的重要標志。 面對國外挖土機的發(fā)展，現(xiàn)在國內(nèi)挖土機生產(chǎn)企業(yè)真正缺乏的不是錢，面是技術(shù)以及為謀求技術(shù)進步所需要的耐心和決心。針對國產(chǎn)挖土機機能質(zhì)量，作業(yè)效率與可靠性均低的現(xiàn)狀，國內(nèi)企業(yè)首先需要從組織結(jié)構(gòu)調(diào)整入手，在國內(nèi)聯(lián)合組建新一代國產(chǎn)液壓挖土機企業(yè)集團，建立強有力的技術(shù)研發(fā)中心，從日本、德國等國家引進必要的先進軟硬件，以確保國產(chǎn)挖土機擁有優(yōu)良的質(zhì)量和性能，從而打開國產(chǎn)挖土機的市場，進而促進國產(chǎn)挖土機的大批量生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，還要考慮以下兩點： 1.國內(nèi)挖土機生產(chǎn)要不斷研究市場需求、開發(fā)新品和變型產(chǎn)品，以適應(yīng)市場需要。前幾年大量投入使用的高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施，越來越多地進入維修保養(yǎng)期，城市建設(shè)也從“大拆大建”逐漸向“精雕細刻”轉(zhuǎn)變，小型化的土方工程施工越來越多，因此小型挖土機的需求量增加較快。關(guān)注國內(nèi)市場的同時，生產(chǎn)商還應(yīng)該加大國際市場力度。 2.挖土機生產(chǎn)企業(yè)既要樹立為用戶服務(wù)的思想，也要具備相應(yīng)的能力和條件，不斷學習國外的先進管理理念和手段，提升自身的服務(wù)水平和競爭能力，切實滿足挖土機用戶的施工需求。這就要求挖土機業(yè)務(wù)人員既精通業(yè)務(wù)知識，又要成為挖土機用戶的好參謀；挖土機服務(wù)人員不僅要為用戶服務(wù)好，同時還要協(xié)助客戶（尤其是那些缺乏經(jīng)驗的客戶）做好設(shè)備管理、現(xiàn)場調(diào)度、安全檢查等工作；挖土機出現(xiàn)故障要在最短的時間內(nèi)修復(fù)??從而實現(xiàn)挖土機企業(yè)與用戶在利益上的雙贏。 國內(nèi)挖土機生產(chǎn)商要不斷研究市場需求、開發(fā)新品和變型產(chǎn)品。 三、本課題研究內(nèi)容 給定的工作要求： 整機重量： G=15×103 Kg 行走速度： v=1km/h，2km/h (兩級速度) 驅(qū)動輪節(jié)圓直徑： D=600mm 最大爬坡能力： α=25° 最大爬坡負載力： F= Gsinα 回轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)速： n=0～8 r/min 工作缸最大負載：動臂缸： R1=400N 斗桿缸： R2=400N 鏟斗缸： R3=350N 根據(jù)給定的工作要求進行工況分析，以確定系統(tǒng)的主要參數(shù)，對液壓系統(tǒng)的基本回路的方案進行分析，擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；選擇液壓元件并進行液壓系統(tǒng)的性能驗算，最后完成工作圖，編制技術(shù)文件。 四、本課題研究方法 在設(shè)計初期，認真學習挖土機的基礎(chǔ)知識，閱讀各類有關(guān)挖土機設(shè)計的中文及外文文獻，了解挖土機設(shè)計在國內(nèi)外的發(fā)展狀況及研究方向，為做設(shè)計打下一個良好的基礎(chǔ)。隨后通過參加畢業(yè)實習對挖土機有一個感性的認識，了解挖土機在現(xiàn)場的運轉(zhuǎn)情況，培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。實習結(jié)束后，就可以自己獨立的對所設(shè)計的挖土機進行功能分析，在以后的設(shè)計中也能進行系統(tǒng)的方案設(shè)計，同時能準確地進行挖土機相關(guān)部件選型、液壓系統(tǒng)的性能驗算。編寫畢業(yè)設(shè)計論文說明書。 五、研究目標、主要特色（創(chuàng)新）及工作進度 研究目標： 挖土機液壓系統(tǒng)的設(shè)計 工作進度: 第一階段：1月11日-3月13日 理論學習、資料收集、市場走訪； 撰寫文獻綜述和開題報告。 第二階段：3月13日-3月20日 制定課題研究方案與工作計劃；完成畢業(yè)實習報告、外文翻譯材料。 第三階段：3月20日-5月15日 挖土機的設(shè)計與圖紙繪制。 第四階段：5月15日-5月29日 總結(jié)撰寫階段，完成課題小論文、畢業(yè)論文及其他相關(guān)材料。 預(yù)期成果： （1）調(diào)研過程中得到有用信息，為課題提供理論依據(jù)； （2）能及時、出色的完成各個環(huán)節(jié)的任務(wù)； （3）論文保質(zhì)保量完成，完成所要研究等內(nèi)容和目標。 六、參考文獻 成大先 機械設(shè)計手冊- 液壓傳動部分 北京：化學工業(yè)出版社 2004，1 張利平 液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計 北京：化學工業(yè)出版社 2005，6 賈銘新 液壓傳動與控制（第二版） 北京：國防工業(yè)出版社 2001 朱龍跟 簡明機械零件設(shè)計手冊 北京：機械工業(yè)出版社 1997 李洪忠 淺析我國液壓挖掘機的發(fā)展[J]. 礦山機械 2005，9 許福玲，楊文生，陳堯明等.液壓與氣壓傳動.北京:機械工業(yè)出版社 2005 何存興.液壓傳動與氣壓傳動.華東科技大學出版社 2000. 江西科技學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 密級： 學號： 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 工程挖土機液壓系統(tǒng)設(shè)計 學 院： 專 業(yè)： _________ 班 級： _ 學生姓名： 王立杰 指導(dǎo)老師： 孫淑梅 完成日期： 學士學位論文原創(chuàng)性申明 本人鄭重申明：所呈交的論文（設(shè)計）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨立進行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔。 學位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江西科技學院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。 本學位論文屬于 保 密 □， 在 年解密后適用本授權(quán)書。 不保密 □。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√” ） 學位論文作者簽名（手寫）： 指導(dǎo)老師簽名（手寫）： 摘要 液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機械。液壓挖掘機利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）帶動各種構(gòu)件動作，具有許多優(yōu)點。它對液壓系統(tǒng)的設(shè)計提出很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計對推動我國挖掘機發(fā)展具有十分重要的意義。 在搜集了國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對挖掘機液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動態(tài)進行了分析總結(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計課題是挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計。挖掘機由多個系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺，油箱，發(fā)動機安裝等。本人的設(shè)計主要致力于分析和設(shè)計中型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的液壓元件。以液壓元件和液壓回路為主。 關(guān)鍵詞：挖掘機　　液壓系統(tǒng)　　液壓泵 Abstract Hydraulic excavator is an important species of construction machinery , is widely used in construction, railway, highway , water conservancy , mining and earthmoving machinery and other construction projects . The use of a hydraulic excavator hydraulic components ( pumps , hydraulic motors , hydraulic cylinders , etc. ) to drive various components of the action , has many advantages . Its hydraulic system design high demands , its hydraulic system hydraulic system is also the most complex . Therefore, the analysis and design of the excavator hydraulic system is of great significance for promoting the development of China's excavator . In the domestic excavator hydraulic system to collect relevant information , based on the understanding of the history of the excavator hydraulic system , and technological development excavator hydraulic system dynamics were analyzed and summarized . The graduation project is designed excavator hydraulic system. A plurality of system components excavator including a hydraulic system, transmission control system , the working device , a chassis , a turntable , fuel tank, the engine installation. I design focuses on the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system components . Hydraulic components and hydraulic circuits based. Keywords: Excavator hydraulic system of excavator pump 目 錄 前 言 1 第1章 液壓挖掘機結(jié)構(gòu)與工作原理 2 §1.1 液壓挖掘機整機性能 2 §1.2 液壓挖掘機結(jié)構(gòu) 4 §1.3 液壓挖掘機傳動原理 5 第2章 挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 6 §2.1 液壓挖掘機工況 7 §2.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 8 §2.3液壓系統(tǒng)方案擬定 10 第3章 液壓元件設(shè)計 11 §3.1 確定油缸所受的作用力 12 §3.1.1 鏟斗油缸作用力的確定 13 §3.1.2 斗桿油缸作用力的確定 15 §3.1.3 動臂油缸作用力的確定 17 §3.2 各油缸尺寸的確定 17 §3.2.1 鏟斗油缸尺寸的計算 18 §3.2.2 斗桿油缸尺寸的計算 19 §3.2.3 動臂油缸尺寸的計算 20 第4章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 20 §2.3液壓系統(tǒng)方案擬定 21 §3.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 22 §3.4 液壓元件的選擇 23 第五章 挖掘機機構(gòu)參數(shù)的確定及驗算 24 §3.5 各液壓缸和馬達流量的確定 25 §3.6 管路油管的選擇 27 §3.7 液壓油箱的確定 29 §3.8 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升的驗算 29 §3.9 液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 30 結(jié) 論 30 參考文獻 31 致　謝 32 前言 挖掘機作為一種多功能機械產(chǎn)品，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中。它能在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量，加快工程建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。近年從國內(nèi)情況來看，我國的挖土機市場90%被外國獨資或合資企業(yè)壟斷，我國挖土機行業(yè)整體發(fā)展水平較國外緩慢，在挖土機液壓系統(tǒng)方面的理論還相對國外比較薄弱。國內(nèi)大部分挖土機企業(yè)在挖土機液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖土機產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性等方面均較差，因此采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖土機在國內(nèi)市場上基本失去了競爭力。液壓系統(tǒng)是挖土機的核心部分，通過挖土機液壓系統(tǒng)設(shè)計計算優(yōu)化能有效的提高挖土機性能，本挖土機具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、性能好、成本低、效率高等特點。 我國是一個發(fā)展中國家，在遼闊的國土上正在進行大規(guī)模的經(jīng)濟建設(shè)，這就需要大量的土石方施工機械為其服務(wù)，而液壓挖掘機是最重要的一類土石方施工機械。因此，可以肯定液壓挖掘機的發(fā)展空間很大?？梢灶A(yù)見，隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，液壓挖掘機的需求量將逐年大幅度增長。今后幾年我國液壓挖掘機行業(yè)將會有一個很大的發(fā)展，液壓挖掘機的年產(chǎn)量將會以高于20％的速度增長。 本設(shè)計根據(jù)給定的工作要求進行工況分析，以確定系統(tǒng)的主要參數(shù)，對液壓系統(tǒng)的基本回路的方案進行分析，擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；選擇液壓元件并進行液壓系統(tǒng)的性能驗算，最后完成工作圖，編制技術(shù)文件。希望本設(shè)計能為從事液壓工作的人員獻上微薄之力！ 第一章 液壓挖掘機結(jié)構(gòu)與工作原理 液壓挖掘機由于在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓傳動，靠液體的壓力能進行工作，相對機械傳動具有許多優(yōu)點:能無極調(diào)速且調(diào)速范圍大，最大速度和最小速度之比可達1000:1能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性較小，并可作高速反轉(zhuǎn)；傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動；操縱省力靈活，易實現(xiàn)自動化控制；易實現(xiàn)標準化、通用化、系列化。因此液壓挖掘機逐步取代機械式挖掘機是必然的趨勢。 單斗液壓挖掘機是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動進行挖掘作業(yè)的機械。它是目前挖掘機械中重要的機種。單斗液壓挖掘機的作業(yè)過程是以鏟斗(一般裝有斗齒)的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗滿后提升?；剞D(zhuǎn)至卸上位置進行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到地面進行下一次挖掘。當挖掘機挖完一段土后，機械移動一段距離，以便繼續(xù)作業(yè)。因此單斗液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的自行式上方機械。 §1.1 液壓挖掘機整機性能 液壓挖掘機可分為:動力系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。液壓挖掘機作為一個有機整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān)。 (1) 動力系統(tǒng) 挖掘機工作的主要特點是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護條件差。因此液壓挖掘機原動力一般由柴油機提供，柴油機具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟等特點，符號挖掘機工作條件惡劣，負荷多變的要求。挖掘機的額定負荷與汽車。拖拉機不同，汽車和拖拉機指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機油泵、發(fā)電機等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率;挖掘機是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時以上的額定功率。挖掘機采用車用柴油機時，最大功率指數(shù)降低。 (2) 機械系統(tǒng) 液壓挖掘機的機械系統(tǒng)部分是完成挖掘機各項基本動作的直接執(zhí)行者，主要包括:行走裝置是整個機器的支撐部分，承受機器的全部重量和工作裝置的反力，同時能使挖掘機作短途行駛.按照結(jié)構(gòu)的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)使挖掘機上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360度的回轉(zhuǎn)的機構(gòu)，包括驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支撐。工作裝置是挖掘機完成實際作業(yè)的主要組成部分，常用的有反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，而同一種裝置可以有多種結(jié)構(gòu)形式，前面所述的反鏟裝置應(yīng)用最為廣泛。 (3) 液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機的回轉(zhuǎn)、行走和工作裝置的動作都由液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，原動機驅(qū)動雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機的操縱，將壓力油單獨或同時送往液壓執(zhí)行元件(液壓馬達和液壓油缸)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作。液壓挖掘機的主要運動有整機行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動等。這些運動都靠液壓傳動。根據(jù)以上工作要求，把各液壓元件用油管有機地連接起來地組合體既是液壓挖掘機地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)動機地機械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，傳送給油缸、油馬達等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再傳動各執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)各種運動和工作過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計得合理與否，對挖掘機的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)設(shè)計不同，則挖掘機性能差異很大。液壓系統(tǒng)習慣上按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來分類。 (4) 控制系統(tǒng) 液壓挖掘機控制系統(tǒng)是對發(fā)動機、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達)等進行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速進步，使挖掘機有了越來越先進的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機向高性能、自動化和智能化發(fā)展。目前挖掘機研究重點正逐步向智能化機電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。 §1.2 液壓挖掘機結(jié)構(gòu) (1) 液壓挖掘機組成 為了實現(xiàn)液壓挖掘機的各項功能，單斗液壓挖掘機需要兩個基本組成部分，即機體(或稱主機)和工作裝置。機體是完成挖掘機基本動作并作為驅(qū)動和操縱挖掘機進行工作的基礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉毞譃樾凶哐b置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動力裝置。其中動力裝置、操縱機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺上，總稱上車部分，它與行走機構(gòu)(又稱下車部分)用回轉(zhuǎn)支撐相連，平臺可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360°的全回轉(zhuǎn)。工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。挖掘機的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。 (2) 單斗反鏟液壓挖掘機 反鏟裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤。斗容量小于1.6的中小型液壓挖掘機通常選用反鏟裝置，它分為整體臂式和組合臂式。其中長期作業(yè)條件相似的挖掘機反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動臂結(jié)構(gòu)。采用這種動臂有利于加大挖掘深度，且結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。剛度相同時，其重量比組合動臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機工作裝置結(jié)構(gòu)形式。鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機最常用的結(jié)構(gòu)型式，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。裝置各運動部件之間全部采用銷軸鉸接，以動臂油缸來支撐和改變動臂的傾角，通過動臂油缸的伸縮可使動臂繞下。鉸點轉(zhuǎn)動實現(xiàn)動臂的升降。斗桿鉸接于動臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動臂相對角度。當斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機構(gòu)來和鏟斗聯(lián)。 (3) 液壓挖掘機工作循環(huán)過程 首先液壓挖掘機驅(qū)動行走馬達和配套土方運輸車輛一起進入作業(yè)面，運輸車輛倒車、調(diào)停，?？吭谕诰驒C的側(cè)方或后方。挖掘機司機扳動操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)動并帶動上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點，在執(zhí)行上述過程的同時操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進油，將動臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進油，配合動作以加快作業(yè)進度，進行復(fù)合動作的挖掘和裝載:鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進油，將動臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動平臺回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)，帶動鏟斗轉(zhuǎn)至運輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺反轉(zhuǎn)并降低動臂，直到鏟斗回到作業(yè)點上方，以便進行下一工作循環(huán)。 §1.3 液壓挖掘機傳動原理 液壓挖掘機采用三組液壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動，加上液壓馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)運動，使鏟斗運動擴大到有限的空間，再通過行走馬達驅(qū)動行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 液壓挖掘機由柴油機驅(qū)動液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達)驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)進行工作。 液壓挖掘機的工作裝置采用連桿機構(gòu)原理，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗5、斗桿11、動臂2、連桿8及相應(yīng)的三組液壓缸1、4、10組成。動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動;而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。挖掘作業(yè)時，接通回轉(zhuǎn)馬達，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進油使液壓缸回縮;動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進油而伸長，使鏟斗進行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進行第二次挖掘循環(huán)。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合隨機的。 1、斗桿油缸 2、動臂 3、油管 4、動臂油缸 5、鏟斗 6、斗齒 7、側(cè)齒 8、連桿 9、搖桿 10、鏟斗油缸 11、斗桿 圖1-1 反鏟挖掘機工作裝置 總之，液壓挖掘機是由多學科、多系統(tǒng)組成的有機整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機整機的最佳性能。 第二章 液壓挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 要了解和設(shè)計挖掘機的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機的工作過程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動作時的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合動作要求和復(fù)合動作時油泵對同時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 §2.1 液壓挖掘機的工況 液壓挖掘機的作業(yè)過程包括以下幾個動作(如圖2-1所示):動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走以及其它輔助動作。除了輔助動作(例如整機轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。 1、動臂升降 2、斗桿收放 3、鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉(zhuǎn) 5、整機行走 圖2-1 液壓挖掘機的運動圖 由于液壓挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求:(1)實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應(yīng)變化;(2)為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作(例如挖掘與動臂、提升與回轉(zhuǎn))同時進行復(fù)合動作。 液壓挖掘機一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復(fù)合主要包括: (1) 挖掘:通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進行挖掘，或者兩者配合進行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時，配以動臂動作。 (2) 滿斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)第2章挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求和分析方法液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 (3) 卸載:轉(zhuǎn)到卸土點時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。為了調(diào)整卸載位置，還要有動臂液壓缸的配合，此時是斗桿和鏟斗的復(fù)合動作，間以動臂動作。 (4) 空斗返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。 §2.1.1 液壓挖掘工況分析 挖掘過程中主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨進行挖掘，或者兩者復(fù)合動作，必要時配以動臂液壓缸的動作。 一般在平整土地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動，如圖2-2，2-3所示。此時斗桿收回，動臂抬起，希望斗桿和動臂分別由獨立的油泵供油，以保證彼此動作獨立，相互之間無干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動作慢，便于控制。如果需要鏟斗保持一定切削角度并按照一定的軌跡進行切削時，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時作用完成復(fù)合動作，如圖2-4,2-5所示 單獨采用斗桿挖掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有采用三泵合流。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。下面以三泵系統(tǒng)為例，來說明復(fù)合動作挖掘時油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 圖2-2 斗尖沿直線平整土地圖 圖2-3 斗尖沿直線切削斜坡圖 圖2-4 鏟斗底壓整地面圖　　　　　 圖2-5 鏟斗底保持一定角度切削圖 當斗桿和鏟斗復(fù)合動作挖掘時，供油情況如圖2-6a 所示。當斗桿油壓接近溢流閥的壓力時，原來溢流的油液此時供給鏟斗有效利用;當鏟斗和動臂復(fù)合動作挖掘時，由于動臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供油，如圖2-6b 所示。 圖2-6 三泵供油系統(tǒng)示意圖 當動臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運動時，為了防止同一油泵向多個液壓作用元件供油時動作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個油泵單獨對一個液壓作用元件供油較好。對于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動作時各液壓作用元件間出現(xiàn)相互干擾的可能性大，因此需要采用節(jié)流等措施進行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。 當進行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時，為了有效地進行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進行切削，因此需要同時向回轉(zhuǎn)馬達和斗桿供油，兩者復(fù)合動作?；剞D(zhuǎn)馬達和斗桿收縮同時動作，由同一個油泵供油，因此需要采用回轉(zhuǎn)優(yōu)先油路，否則鏟斗無法緊貼側(cè)壁，使掘削很難正常進行。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開口度即節(jié)流程度由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來控制?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)壓力越大，節(jié)流閥開度越小，節(jié)流效應(yīng)越大，則斗桿油缸回油壓力增高，使得油泵的供油壓力也提高。因此隨著回轉(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達油壓增加，回轉(zhuǎn)力增大。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要短時間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時增壓，能提高主壓力閥的力。 §2.1.2 滿斗舉升回斗工況分析 挖掘結(jié)束后，動臂油缸將動臂頂起，滿斗舉升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸載處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)馬達的復(fù)合動作。動臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達同時動作時，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時，動臂和鏟斗自動提升到合適的卸載高度。由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機相對自卸車的位置而變，因此動臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達的回轉(zhuǎn)速度的相對關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動臂的提升速度慢些。 在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動時，由于慣性較大，油壓會升得很高，有可能從溢流閥溢流，此時應(yīng)該將溢流的油供給動臂，如圖2-7a所示。在回轉(zhuǎn)和動臂提升的同時，斗桿要外放，有時還需要對鏟斗進行調(diào)整。這時是回轉(zhuǎn)馬達、動臂、斗桿和鏟斗進行復(fù)合動作。 由于滿斗提升時動臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動作，由一個油泵專門向動臂油缸供油，另一個油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達和斗桿供油外，還有部分油供給動臂，如圖2-7b所示。但是由于動臂提升時油壓較高，單向閥大部分時間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達和斗桿供油。 三泵系統(tǒng)的供油情況如圖2-7c所示。各個油泵分別向一個液壓作用元件供油，復(fù)合動作時無相互干擾。 §2.1.3 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需要動臂配合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動作，間以動臂動作。 圖2-7 回轉(zhuǎn)舉升供油情況 §2.1.4 空斗返回工況分析 當卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時動臂油缸和斗桿油缸相互配合動作，把空斗放在新的挖掘點。此工況是回轉(zhuǎn)馬達、動臂和斗桿復(fù)合動作。由于動臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個油泵的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達，另一油泵的大部分油供給動臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿。 發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時油泵供油量小，為防止動臂因重力作用迅速下降和動臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動臂下降再生補油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。 §2.1.5 行走時復(fù)合動作分析 在行走的過程有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗)進行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為左行走馬達供油、另一個油泵為右行走馬達供油，此時如果某一液壓元件動作，使某一油泵分流供油，就會造成一側(cè)行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當挖掘機進行裝車運輸或上下卡車行走時，行駛偏斜會造成事故。 為了保證挖掘機的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達分別由一個油泵單獨供油，另一個油泵向其它液壓作用元件(如動臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn))供油，如圖2-8a所示。對于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式:①一個油泵并聯(lián)向左、右行走馬達供油，另一個油泵向其他液壓作用元件供油，其多余的油液通過單向閥向行走馬達供油，如圖2-8b所示;②雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達和作業(yè)裝置液壓作用元件同時供油，如圖2-8c所示。 圖2-8 行走復(fù)合動作時的幾種供油情況 第三章 液壓元件的設(shè)計 §3.1 確定油缸所受的作用力 §3.1.1 鏟斗油缸作用力的確定 反鏟裝置在作業(yè)過程中，當以轉(zhuǎn)斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗缸設(shè)計的依據(jù)。初步設(shè)計時按額定斗容及工作條件（土壤級別），參考有關(guān)資料可初選斗齒最大挖掘力（最大挖掘力有任務(wù)書要求為），并按反鏟最重要的工作位置——最大挖掘深度時能保證具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的工作力，如圖所示。為簡單起見，可以忽略斗和土的質(zhì)量，并且忽略了各構(gòu)件質(zhì)量及連桿機構(gòu)效率影響因素，此時鏟斗油缸作用力為 （3-1） 式中 —鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點的力臂（此位置為搖臂長度） —對鏟斗與斗桿鉸點C的力臂 已知 而這時斗桿及動臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力應(yīng)滿足 （3-2） 式中 —斗桿閉鎖力對斗桿與動臂鉸點的力臂，m； —對斗桿與動臂鉸點B的力臂，m； —對斗桿與動臂鉸點B的力臂，m； 圖3-1 鏟斗缸受力分析圖 ——挖掘阻力的法向分力，取 已知 動臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足 （3-3） 式中 ——動臂油缸閉鎖力對鉸點A的力臂，m； ——對動臂下鉸點A的力臂，m； ——對鉸點A的力臂，m。 已知 又動臂缸兩個油缸同時作用，則每個缸閉 §3.1.2 斗桿油缸作用力的確定 當挖掘機以斗桿挖掘時，其最大挖掘力則有斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力位置為動臂下放到最低位置，斗桿缸作用力對斗桿與動臂鉸點有最大力臂，即對斗桿產(chǎn)生最大作用力矩，并使斗齒尖和鉸點B、C在一條直線上，如圖所示。 與前面推導(dǎo)鏟斗油缸作用力一樣，忽略各構(gòu)件及斗中土壤質(zhì)量和連桿機構(gòu)效率影響因素，此時斗桿油缸作用力為 而鏟斗油缸及動臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力應(yīng)滿足 動臂缸閉鎖力應(yīng)滿足 動臂缸有兩個，則每個缸閉鎖力 圖3-2斗桿缸受力分析圖 §3.1.3 動臂油缸作用力的確定 動臂油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進行卸載來確定，其計算簡圖如圖所示，此時動臂油缸作用力為 （3-4） 式中： 圖3-3 動臂油缸受力分析圖 ——鏟斗及其裝載土壤的的重力，N； ——斗桿所受重力，N； ——動臂所受重力，N； ——鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m； ——斗桿質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m； ——動臂質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m。 每個缸的閉鎖力 §3.2 各油缸尺寸的確定 §3.2.1 鏟斗油缸尺寸的計算 （1） 鏟斗缸工作壓力的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計時可用類比法來確定。 設(shè)備類型 精加工機床 組合機床 拉　床 農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構(gòu) 液壓機、重型機械、大中型挖掘機、起重運輸機械 工作壓力 P/Mpa 0.8-2 3-5 5-10 1-16 16-32 表3-1 各類機械常用的系統(tǒng)工作壓力 初選系統(tǒng)工作壓力為25MPa （2）缸徑D和油塞桿直徑d的確定 挖掘機液壓缸均為單活塞桿液壓缸，其原理圖如下所示 圖3-4 液壓缸原理圖 工作壓力 d/D 表3-2 按工作壓力選取d/D 由缸受力平衡知 式中 ——液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)工作壓力； ——液壓缸回油腔背壓，有表2所示，?。? ——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，按表3取d/D=0.7; ——工作循環(huán)中最大的外負載，此處 ——液壓缸機械效率，一般取 將上式代入缸受力平衡方程式得 （3-5） 圓整取 則 圓整取 （3）缸壁厚和外徑的計算 如按薄壁缸進行計算則 （3-6） 式中 ——試驗壓力，一般取最大工作壓力的倍； ——缸筒材料許用應(yīng)力，無縫鋼管； 式中 取 此時 不滿足薄壁缸條件 故應(yīng)按中等壁厚計算公式計算 此時 （3-7） ——強度系數(shù)，對無縫鋼管 ； ——用來圓整壁厚。 則 取 則缸外徑 有挖掘機實際運動軌跡和外型尺寸知 鏟斗缸工作行程為 §3.2.2 斗桿油缸尺寸的計算 ⑴ 由鏟斗缸計算步驟知斗桿缸受力平衡 圓整取 則缸油塞桿直徑 圓整取 ⑵ 缸壁厚和外徑的計算 由上面計算知按中等壁厚計算 圓整取 則外徑 ⑶ 由挖掘機實際運動軌跡和外型尺寸可得出斗桿缸工作行程 §3.2.3動臂缸的尺寸計算 ⑴ 由上面計算知動臂缸受力平衡公式 圓整取 則缸油塞桿直徑 圓整取 ⑵ 缸壁厚和外徑的計算 由上面計算知按中等壁厚計算 圓整取 則外經(jīng) ⑶ 根據(jù)挖掘機實際運動軌跡和外型尺寸可得出動臂缸工作行程 第四章 挖掘機液系統(tǒng)的設(shè)計 §4.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 液壓挖掘機的動作繁復(fù)，且具有多種機構(gòu)，如行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機械。這些主要機構(gòu)經(jīng)常起動、制動、換向，外負載變化很大，沖擊和振動多，因此挖掘機對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計要求。根據(jù)液壓挖掘機的工作特點，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足以下要求: §4.1.1 動力性要求 動力性要求就是在保證發(fā)動機不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機的功率，提高挖掘機的生產(chǎn)效率。尤其是當負載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機的良好匹配，盡量提高發(fā)動機的輸出功率。例如，當外負載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運動速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來提高發(fā)動機的功率利用率。 §4.1.2 操作性要求 (1) 調(diào)速性要求 挖掘機對調(diào)速操縱控制性能的要求很高，如何按照駕駛員的操縱意圖方便地實現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對各個執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計十分重要的一方面。挖掘機在工作過程中作業(yè)阻力變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對各個執(zhí)行元件的調(diào)速性要好。 (2) 復(fù)合操縱性要求 挖掘機在作業(yè)過程中需要各個執(zhí)行元件單獨動作，但是在更多情況下要求各個執(zhí)行元件能夠相互配合實現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動作，因此如何實現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動作也是挖掘機液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。 當多執(zhí)行元件共同動作時，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動作時各個執(zhí)行元件的流盤，實現(xiàn)理想的復(fù)合動作。尤其對行走機構(gòu)來說，左、右行走馬達的復(fù)合動作問題，即直線行駛性也是設(shè)計中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機在行使過程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達速度降低，形成挖掘機意外跑偏，很容易發(fā)生事故。 另外，當多執(zhí)行元件同時動作時，各個操縱閥都在大開度下工作，往往會出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動作速度降低，甚至不動的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復(fù)合動作時的流量供應(yīng)問題也是挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮的。 (3) 節(jié)能性要求 挖掘機工作時間長，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當對各個執(zhí)行元件進行調(diào)速控制時，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然會導(dǎo)致一部分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小;當挖掘機處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關(guān)鍵。 (4) 安全性要求 挖掘機的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動大，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護措施，防止油泵過載和因外負載沖擊對各個液壓作用元件的損傷?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機超速溜坡。 (5) 其它性能要求 實現(xiàn)零部件的標準化、組件化和通用化，降低挖掘機的制造成本:液壓挖掘機作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性;由于挖掘機在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來越多，因此要不斷提高挖掘機的作業(yè)性能，降低振動和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。 §4.2 液壓系統(tǒng)方案擬訂 (1)　在液壓挖掘機一個工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進行詳細分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)每個工況下各執(zhí)行機構(gòu)的主要復(fù)合動作后提出初步方案。 (2)　根據(jù)液壓挖掘機的主要工作特點，系統(tǒng)地總結(jié)出挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求:動力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。 (3)　提出一種有效、直觀的挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案，并詳細介紹設(shè)計的步驟。 §4.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 本次設(shè)計的挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示，該系統(tǒng)為高壓定量雙泵開式系統(tǒng)，液壓泵2、3輸出的壓力油分別進入兩組由四個手動換向閥組成的多路換向閥A、B。進入多路換向閥A的壓力油，驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達、鏟斗缸，同時經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動左行走馬達；進入多路閥B的壓力油，驅(qū)動動臂缸和斗桿缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動右行走馬達。從多路閥A、B流出的壓力油都要經(jīng)過限速閥進入總回油管，再經(jīng)背壓閥、冷卻器、濾油器流回油箱。當單個換向閥處于中間位置時，構(gòu)成卸載回路。 圖3-5 挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖 §4.4 液壓元件的選擇 序號 元件名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 1 濾油器 ABZR-S0140-10-1X/M-A 2 2 冷卻器 2LQFW 1 3 背壓閥 S30A1.0 1 4 節(jié)流閥 MG20G1X/V 1 5 緩沖補油閥組 1 6 雙速閥 24E-H10B-T 2 7 補油單向閥 S20A1.0 1 8 中心回轉(zhuǎn)接頭 1 9 限速閥 DHG-04-3C 1 10 多路閥 WDF22.4.A 1 11 溢流閥 DADH10P1X/400 2 12 梭閥 KS-F32 1 13 合流閥 4HMM10-15 1 14 多路閥 DL1-25 1 15 截止閥 QJN-10WL 2 16 單向節(jié)流閥 MK6G1X/V 3 17 緩沖閥 DBD-10 12 表3 -3 系統(tǒng)元部件一覽表 第五章 挖掘機主要機構(gòu)參數(shù)的確定及驗算 §5.1 各液壓缸和馬達流量的確定 1 取每個液壓缸的伸縮速度 根據(jù)前面計算出的各缸參數(shù)如下： 缸內(nèi)徑 活塞桿徑 缸內(nèi)徑 活塞桿徑 2 每個缸的流量計算 （3-8） （1） 鏟斗缸 （2）斗桿缸 (3)動臂缸 平臺回轉(zhuǎn)啟動力矩一般應(yīng)小于制動力矩。當回轉(zhuǎn)機構(gòu)僅靠液壓制動時，啟動力矩小于或等于制動力矩，可以取 當回轉(zhuǎn)機構(gòu)帶附加機械制動時，最高可達，一般取。對于一定的回轉(zhuǎn)機構(gòu)來說，啟動力矩和制動力矩越大，則平臺回轉(zhuǎn)加速度和減速度也越大，從而可提高回轉(zhuǎn)速度，縮短回轉(zhuǎn)時間。但回轉(zhuǎn)加速度過大會增加動載荷和沖擊，同時啟動力矩和制動力矩的增大也受地面附著條件的限制。地面附著條件可用地面附著力矩表示。機械制動一般取，液壓制動可取。 履帶式液壓挖掘機地面附著力矩的計算可以采用下面的簡化公式 式中 ——地面附著力矩，； ——整機質(zhì)量，； ——地面附著系數(shù)，平板履帶板取，帶筋履帶板取。 則 又 設(shè)經(jīng)過四級減速，傳動比 則馬達所受最大力矩 理論排量 據(jù)此可查手冊選出液壓馬達型號 軸向柱塞馬達 排量 額定轉(zhuǎn)速。 （4）、行走馬達的選用 液壓挖掘機行走速度有 、 兩種可調(diào)高低速，故由上面選出的液壓馬達 。 （5） 主回路液壓泵的選擇 泵所需總流量 式中 ——系統(tǒng)滲漏系數(shù)，一般取，此處??； ——各動作元件同時動作的最大流量之和。 由上面計算得知 本設(shè)計采用雙聯(lián)斜軸式定量柱塞泵，則每個泵所需流量 液壓泵工作壓力的確定 液壓泵工作壓力 式中 ——液壓泵最大工作壓力； ——執(zhí)行元件最大工作壓力； ——進油路壓力損失，較復(fù)雜系統(tǒng)取，此處取。 則 參照產(chǎn)品樣本選取額定壓力比系統(tǒng)最高壓力高10%~30%、額定流量不低于上述計算結(jié)果的液壓泵，可據(jù)此選擇泵型號 雙聯(lián)定量軸向柱塞泵，額定壓力為；最大排量。最高轉(zhuǎn)速。 §5.2 管路油管的選擇 管路是液壓系統(tǒng)中液壓元件之間傳遞工作介質(zhì)的各種油管的總稱。管接頭用于油管與油管和油管與液壓元件之間的連接，為了保證液壓元件之間工作的可靠性，管路及管接頭應(yīng)具有足夠的強度，良好的密封性，其壓力損失也要小，拆卸方便。 （1）油管內(nèi)徑的確定 油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)的流速。油管的內(nèi)徑由下面的公式確定： （3-9） 式中：Q—流經(jīng)管路的流量；v—油管內(nèi)的允許流速。 對吸油管可取v=（1～1.5）m/s一般取1m/s，回油管可取v＜（1.5～2.5）m/s，壓力油管：當P＜2.5MPa時，取v=(3～4) m/s ,當P=（2.5～16）MPa時，取v=（3～4）m/s ，當P＞16MPa時，取v＞5m/s。 對吸油管有： 圓整取d=65mm。 對回油管有： 圓整取。 （2）管接頭的選擇 管接頭采用焊接式管接頭，焊接式管接頭主要由接頭體、螺母和接管組成，在接頭體和接管之間用O型密封圈密封。當接頭體擰入機體時，采用金屬墊圈或組合實現(xiàn)端面密封。接管和管路系統(tǒng)中的缸管接頭用焊接連接，管接頭和機體的連接主要采用普通細牙螺紋，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第四版第四卷表17-8-6選用焊接式管接頭。 （3）螺塞的選取 螺塞主要用于堵塞工藝孔和油箱放油孔，以及缸筒需要堵死的地方。選用六角螺塞（JB/ZQ4450-1997）其主要參數(shù)見《機械設(shè)計手冊》第四版第四卷P17-674表17-8-78。 §5.3 液壓油箱的確定 油箱的容積一般區(qū)泵每分鐘流量的3-5倍，當系統(tǒng)采用定量泵時油箱的容量不能小于泵每分鐘流量的3倍。此系統(tǒng)中泵流量為，則油箱容積。外型尺寸按設(shè)計，可得出油箱長寬高。 §5.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升的驗算 系統(tǒng)工作時液壓泵的輸入功率由前面的計算可知 挖掘機工作時，液壓缸的最大輸出功率 （3-10） 式中： ——液壓馬達的外工作負載力矩， ——液壓馬達旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s。 則系統(tǒng)的總發(fā)熱功率為： 已知油箱容積 則油箱近似散熱面積為： 油箱通風良好，取油箱散熱系數(shù) 則油液溫升 （3-11） 設(shè)環(huán)境溫度 則熱平衡溫度為： 在工程機械中，系統(tǒng)油溫的正常值為50-80,所以油箱的散熱平衡。 §5.5 液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式 液壓裝置按配置形式可以分為集中配置和分散配置兩種形式。集中式配置主要用于固定的液壓設(shè)備中，如機床及其自動線液壓系統(tǒng)。分散式配置主要用于移動式液壓設(shè)備，如工程機械液壓系統(tǒng)等。本次設(shè)計的是挖掘機液壓系統(tǒng)，所以采用分散式配置，不需要進行液壓站的設(shè)計。采用分散式配置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省占地面積。缺點是安裝維修較復(fù)雜，動力源的震動和油溫影響主機的精度。 2、閥集成塊 液壓閥集成塊在液壓系統(tǒng)的設(shè)計中占有很重要的地位，它不僅便于集中管理，而且可以減少管路，提高液壓系統(tǒng)的工作可靠性。閥集成塊的設(shè)計原則為： （1）合理選擇集成閥的個數(shù)，若集成的閥太多，會使閥塊的體積過大，設(shè)計、加工困哪；集成的太少，集成的意義又不大。在本次設(shè)計中，每個塊上集成3個閥。 （2）在閥塊設(shè)計時，塊內(nèi)的油路應(yīng)盡量簡捷，盡量減少深孔、斜孔，閥塊中的孔徑應(yīng)與通過的流量相匹配。 （3）閥塊設(shè)計時應(yīng)注意進出油口的方向和位置，應(yīng)與系統(tǒng)的總體布置及管道連接形式匹配，并考慮安裝操作方便。 （4）閥塊設(shè)計時還要考慮有水平或垂直安裝要求的閥，必須符合要求。需要調(diào)節(jié)的閥應(yīng)放在便于操作的位置，需要經(jīng)常檢修的閥應(yīng)安裝在閥塊的上方或外側(cè)。 （5）閥塊設(shè)計時要設(shè)置足夠數(shù)量的測壓點，以供閥塊試用。 結(jié) 論 課題挖掘機機液壓系統(tǒng)設(shè)計，其說明書的編寫終于完成。雖然不是很復(fù)雜，但通過這一設(shè)計實踐，我感到自己在這方面仍存在許多不足之處。對于我的本次設(shè)計，我覺得設(shè)計計算部分非常認真。在各種機械設(shè)備上，液壓系統(tǒng)得到了廣泛的使用。液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計要同主機的結(jié)構(gòu)相適宜。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機的結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 此次設(shè)計的挖掘機液壓系統(tǒng)中，利用油泵產(chǎn)生油壓，再經(jīng)過多路閥來控制液壓缸來達到控制油缸伸縮的效果。其中結(jié)合了需要的技術(shù)要求，根據(jù)計算來確定發(fā)動機、油箱容積、油泵的型號及各種液壓元件的選擇。 本液壓系統(tǒng)原理圖是專為工程機械中的挖掘機而設(shè)計、制造，用于控制工作裝置進行工作、回轉(zhuǎn)、行走。適用于建筑工地、道路的土方施工液壓原理圖的設(shè)計根據(jù)油缸伸縮所完成的挖掘循環(huán)動作，保壓性能要求高，且短時間要求具有較大流量、較高挖掘速度的特點，采用發(fā)動機作為動力源，油泵做為液壓源用供應(yīng)系統(tǒng)所需壓力油。 根據(jù)已知的條件和性能要求，計算了液壓系統(tǒng)在挖掘工作時的受力情況，計算了液壓缸在不同的運動狀態(tài)下的各種受力情況。參照了機械設(shè)計手冊上的計算公式，根據(jù)計算所得的結(jié)果來選取各種液壓元件。對系統(tǒng)的性能、發(fā)熱溫升進行了驗算。并對液壓系統(tǒng)的液壓原理、操作進行了說明。 通過此設(shè)計，使我加深了對液壓原理和流體機械及有關(guān)課程和知識，提高了綜合運用這些知識的能力。并為在今后走下工作崗位打下了堅實的基礎(chǔ)，并提高了運用設(shè)計資料，及熟知國家標準的能力。 參考文獻 [1] 成大先 機械設(shè)計手冊- 液壓傳動部分 化學工業(yè)出版社 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